JP6565021B2 - 発電デバイス - Google Patents

Description

本発明は、車のステアリング及びドア等の建具、その他屋外機器又は携帯機器に生じる応力及び振動を用いて誘導起電力を発生させ、各種センサ等の電子機器に電力を供給する発電デバイスに関する。

現在、小型の携帯電子機器及び建具等に組込可能な発電デバイスとして、ピニオンギアを組み付けたモータとラックギアとを組み合わせて発電する構造が用いられている。このような発電デバイスとして代表的な構造がそれぞれ特開２００４−２６０８９６（以下特許文献１として記載）及び特開２００８−１３３７９９（以下特許文献２として記載）にて出願後、公開されている。

ここで、特許文献１はラックとして機能する長手部材と、発電ユニットのケース側入力軸として機能する回動部材とを組み合わせた構造をその特徴としており、当該回動部材に関して、直線的な相対移動から電力を取り出すことを可能にしている。

また、特許文献２は特許文献１記載の構造を用いた継続的な発電を特徴としており、自身の発電した電力を用いた駆動源と重力とによってラックを回転させ、当該ラック上のピニオンを上下方向に往復動させる構造を用いている。この為、特許文献２記載の構造では設置条件の影響を受けること無く、継続して発電を行うことが可能となっている。

特開２００４−２６０８９６号公報 特開２００８−１３３７９９号公報

上述した効果を有している一方で、特許文献１及び２にはその構造上、ピニオンを取り付けられたシャフトが直接、発電ユニットの加重を受けるという課題を有している。この為、重力や慣性によって発電ユニットを移動させて発電を行う際には、ピニオンとラックとを傾くことなくスライド駆動させるためのスライドガイドが別途必要となり、当該スライドガイドとして特許文献１では規制手段８を、特許文献２では長円型凹型ガードフレーム２をそれぞれ設けなければならない。加えて、当該スライドガイドを設ける必要から、これら従来の発電デバイスでは、部品点数の増加に伴う構造の複雑化が避けられない。また、当該構造の複雑化に起因して全体的な小型化及び耐久性の確保が難しくなる為、衝撃や振動といった強い外力に対しては発電デバイス全体を保護しなければならないという課題が生じる。

上記課題を解決するために本願記載の発明では、ラックとピニオンを使用する基本構造を用いつつ、発電効率の増加と部品点数の減少に加えて、簡略化された構造によって耐久性を向上し、容易に小型化することが可能な発電デバイスを提供することを目的としている。

上記目的のために本発明に於ける第１の態様記載の構造は、発電ユニットのケース自体を発電デバイス本体内のガイド機構に組み込むと共に、発電デバイス内に設けたモータの入力軸と発電ユニットのケース側入力軸とを別体に構成したことをその技術的特徴としている。

また、本発明に於ける第２の態様記載の構造では、前記第１の態様記載の構造に於いて、ハウジングの構成部品は分銅としての機能を有していることをその技術的特徴としている。

また、本発明に於ける第３の態様記載の構造では、前記第１の態様記載の構造に於いて、ケース内に設けたモータからの電力供給にフレキシブルプリント配線板を用いたことをその技術的特徴としている。

上述した構造を用いたことで、本発明に於ける第１の態様記載の発電デバイスは、発電効率の増加と部品点数の減少に加えて、簡略化された構造によって耐久性を向上し、容易に小型化することができる発電デバイスの提供を可能にしている。

より具体的には、発電ユニットのケースと発電デバイス本体のガイドケースとで発電デバイスのガイド機構を構成する為、簡略化された構造で発電デバイス及び発電ユニットが受ける外力を発電ユニットのケース全体で分散させることができる。加えて、当該ケースによって外力を受ける構造により、ケースの入力軸及びそれに嵌合するラックに対して当該外力の集中を防ぎ、発電デバイスとしての耐久性を向上しつつ部品点数を減少することが可能となっている。更に、モータ入力軸とは別に前記発電ユニットのケース側入力軸を設けたことによって、モータの入力軸を外力による変形から保護すると共に、前記ケース側入力軸もまた、当該発電ユニットのケースによって前記外力から保護することが可能となった。

また、本発明記載の構造では発電ユニットそれ自体が移動してラックと嵌合した発電ユニットのケース側入力軸を回転させ、ギア等の動力伝達手段を用いて当該入力軸の回転を当該ユニット内に設けた発電用モータの入力軸に伝達し、回転させる構造となっている。この為、本発明ではギア比等、前記動力伝達手段の伝達比率を変えることで前記ケース側入力軸及び動力伝達手段にかかる負荷とモータの回転数等を調整することができる。これにより、発電デバイス内の発電機構を使用する環境で生じる外力に対応した構成とすることで、全体的な発電効率を向上することができる。加えて、前記発電ユニットが移動する構造としたことで、本発明記載の構造では発電デバイスを構成する部品のうち、大部分の重量を発電時の慣性力として用いることが可能となる。

また、本発明第２の態様に記載した発明を用いることで、前記第１の態様に於ける発電ユニットがハウジングの構成部品に分銅としての機能を有しており、前記発電時の慣性力を増加させると共に、前記外力による発電ユニットの移動速度を一定に保つことができる。この為、本態様では発電デバイスとして供給する発電量の変動を抑え、安定した電力供給を行うことが可能となる。

また、本発明第３の態様に記載した発明を用いることで、前記第１の態様に於ける発電ユニットの信頼性を高め、発電ユニットの高速移動時にも断線を起こすことなく電力供給を行うことができる。より具体的には、発電ユニット内のモータに接続されたフレキシブルプリント配線板の変形方向と当該発電ユニットの移動方向とを一致させることで、前記高速移動時の繰り返し応力による断線を防ぐことが可能となる。この為、本態様では発電ユニットの移動速度を落とすことなく、大きな発電量で動作させることが可能となっている。

以上述べたように、本願請求項記載の構造を用いることによって、ラックとピニオンを使用する基本構造を用いつつ、発電効率の増加と部品点数の減少に加えて、簡略化された構造によって耐久性を向上し、容易に小型化することが可能な発電デバイスを提供することができる。

本発明の実施形態に於いて用いる発電デバイスの全体斜視図 図１に於いて示した発電デバイスの分解斜視図 図１に於いて示した発電デバイスの発電ユニット斜視図 図１に於いて示した発電デバイスの側断面図

以下に、図１、図２及び図３を用いて、本発明に於ける最良の実施形態を示す。尚、図中の記号及び部品番号について、同じ部品として機能するものには共通の記号又は番号を付与し、同一部品については一部引き出し線及び番号の記載を省略している。

図１に本実施形態に於いて用いる発電デバイスの全体斜視図を、図２に同分解斜視図を、図３に図１に搭載された発電ユニットの斜視図を、そして図４に図１中Ａ−Ａ’に於ける側断面図を、それぞれ示す。尚、当該発電デバイスと電気的に接続される充電器等及び図４の即断面図に於ける発電用モータの内部については、図中での記載を省略している。

図１から解るように、本実施形態記載の発電デバイス１は、上ガイドケース３Ａ及び下ガイドケース３Ｂを、２つのガイドケースカバー４Ａ，４Ｂによって挟んだ固定構造となっている。ここで、上ガイドケースカバー３Ａ及び下ガイドケースカバー３Ｂは互いに嵌合することで位置決めを行っている。この様な構造とすることで本実施形態記載の発電ユニットは、後述するガイド機構に於ける部品配置を容易に行うことが可能となった。

また、図２及び図３から解るように、本実施形態の発電デバイス１では発電用モータ１２等を内部に収納、固定するハウジング６の両側面をカバー８で塞ぎ、当該ハウジング６内に設けた発電用モータ１２の底面をハウジング底部７によって固定することで発電ユニット２のケースを構成している。また、当該ケース内部について、モータ側ピニオンギア１４をモータ入力軸１３に設けた発電用モータ１２、当該ピニオンギア１４に動力を伝達するクラウンギア１０及び、当該クラウンギア１０が固定された前記発電ユニット２のケース側入力軸９をそれぞれハウジング６内に配置した発電機構を用いており、カバー８に設けた軸受１５によって前記ケース側入力軸９を回転可能に支持している。ケース側入力軸９に取り付けたピニオンギア１１は組込時、別途下ガイドケース３Ｂに固定されたラック５にかみ合って配置される為、発電ユニット２の移動に伴い当該入力軸９を回転させ、発電用モータ１２を駆動させることが可能となっている。また、本実施形態ではクラウンギア１０について、ハウジング６を切り欠いて配置している。この為、限られた搭載スペース内でクラウンギア１０の径を最大限確保すると共に、当該クラウンギア１０からモータ入力軸１３への伝達時に於いて、高い回転数で発電用モータ１２を駆動させることが可能となった。尚、発電ユニット２の両端と各ケースカバー４Ａ、４Ｂとの間にはスプリング１７が伸縮可能に支持されている。この為、前記発電デバイス１の駆動時に於いて、安定した状態で発電ユニット２を移動させることが可能となる。

上記基本構造に加えて、本実施形態では前記発電ユニット２のケースを上ガイドケース３Ａ及び下ガイドケース３Ｂ内壁に設けたレール部Ｒに嵌合させたガイド機構を備えている。より具体的には、図３及び図４に示すように、発電ユニット２のケースを構成するカバー８のガイド部Ｇと、上ガイドケース３Ａ及び下ガイドケース３Ｂとに設けたレール部Ｒとを嵌合させた構造を用いている。この為、本実施形態の発電デバイス１は、前記発電効率の向上と部品点数の減少に加えて、簡略化された構造によって耐久性を向上し、容易に小型化することが可能となった。

即ち、本実施形態では前述したガイド機構により、発電ユニット２が受ける発電時の移動方向以外の応力をケースに設けたガイド部Ｇ−各ガイドケース３Ａ、３Ｂの接触面に分散させることができる。これにより、本実施形態の発電デバイス１では発電ユニット２のケース側入力軸９及びラック５に対する当該応力の集中を防ぎ、発電デバイスとしての耐久性を向上しつつ部品点数を減少させ、容易に小型化することが可能となっている。また、モータ入力軸１３とケース側入力軸９とを別体にし、互いに直行して配置したことで、駆動時に生じる歪みからモータ入力軸１３を保護し、ケース内の発電機構も含めて耐久性を向上することができた。尚、本実施形態ではカバー８及びカバー８を取り付けたハウジング側面にて前記応力の吸収を行う構造としているが、同様の技術的見地から、発電ユニット２の移動方向以外に於けるケース表面についても、ガイドケース３Ａ、３Ｂの内壁を内接させることによって同様のガイド機構を設け、耐久性の向上を図ることが可能となっている。

また、本実施形態では発電ユニット２自体が前記ガイド機構に沿って移動し、ラック５と噛み合わさったケース側入力軸９を回転させることで、当該入力軸９に固定されたクラウンギア１０及びそれに連動したモータ入力軸１３に動力を伝達する構造となっている。この為、本実施形態記載の構造では発電デバイス１を構成する部品のうち、大部分の重量を発電時の慣性力として用いることができる。加えて、本実施形態ではラック５、クラウンギア１０及びケース、モータ入力軸１３のギア比及びスプリング１７を変えることで発電デバイス内の発電機構を使用する環境で生じる外力に対応した構成に最適化し、全体的な発電効率を向上することもできる。尚、本実施形態では、ハウジング底部７等、ハウジングの構成部品に高比重材料を用いることで当該部品に分銅としての機能を追加し、前記移動時の発電ユニット２に働く慣性力の増加と、当該発電ユニット２の移動速度安定化という効果を得ることが可能となっている。

また、図２及び図３から解るように、本実施形態では発電ユニット内の発電用モータ１２から発電デバイス外への送電にフレキシブルプリント配線板１６を用いており、ケースの一部を構成するハウジング曲面及び発電ユニットの移動方向に沿って曲げられた後、ガイドケースカバー４Ａの開口部を通って発電デバイス外部へと引き回している。この為、本実施形態記載の発電デバイス１では発電ユニット２の高速移動時に於いて繰り返し応力による断線を防ぎ、高い信頼性で駆動させることができた。尚、本実施形態の発電用モータ１２はその用途上、自力で回転する必要が無いことから２相２極の構成となっており、通常用いられる３相２極のモータと比較して高い発電効率での発電が可能となっている。

以上述べたように、本実施形態記載の発電デバイスを用いることで、ラックとピニオンを使用する基本構造を用いつつ、発電効率の増加と部品点数の減少に加えて、簡略化された構造によって耐久性を向上し、容易に小型化することが可能な発電デバイスを提供することができた。

１ 発電デバイス
２ 発電ユニット
３Ａ 上ガイドケース
３Ｂ 下ガイドケース
４Ａ、４Ｂ ガイドケースカバー
５ ラック
６ ハウジング
７ ハウジング底部
８ カバー
９ ケース側入力軸
１０ クラウンギア
１１ ケース側ピニオンギア
１２ 発電用モータ
１３ モータ入力軸
１４ モータ側ピニオンギア
１５ 軸受
１６ フレキシブルプリント配線板
１７ スプリング
Ｇ ガイド部
Ｒ レール部
Ｌ 送電ランド

Claims (3)

1. 発電ユニットのケース内に発電用モータを設け、当該発電用モータのモータ入力軸に設けたギアの回転によって前記発電用モータから電力を供給する発電デバイスであって、
   前記ギアに動力を伝達するケース側入力軸が前記ケースから突出しており、
   当該ケース側入力軸と嵌合するラック及び前記ケースと嵌合するレール部を有するガイドケース内にて、前記ケースが直動可能に収納されている発電デバイス。
2. ハウジングの構成部品は、発電用モータを内部に収納、固定するハウジングと、ハウジング底部とを備えるとともに、分銅としての機能を有する高比重材料を用いて形成されている請求項１記載の発電デバイス。
3. 前記発電用モータからの電力供給が、フレキシブルプリント配線板を介して行われる請求項１記載の発電デバイス。

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